فهرس المحتويات
مقدمة حول نظم التشغيل
نظام التشغيل هو البرنامج الأساسي الذي يتم تحميله على القرص الصلب للحاسوب، والذي يسمح للمستخدم بتشغيل التطبيقات والبرامج المختلفة. يتم تحميله بواسطة برنامج الإقلاع (boot program). تطلب برامج التطبيقات من نظام التشغيل الخدمات من خلال واجهة برمجة التطبيقات (API)، أو يمكن للمستخدمين التفاعل مباشرة معه من خلال واجهة المستخدم؛ عبر سطر الأوامر، أو واجهة المستخدم الرسومية. ومع ذلك، يتم كتابة معظم التطبيقات لنظام التشغيل للاستفادة من المكتبات البرمجية التي يوفرها، دون القلق بشأن تفاصيل المكونات المادية التي يديرها نظام التشغيل ويمكنها من التواصل معًا.
العناصر الأساسية لنظم التشغيل
في الماضي، كانت الحواسيب قادرة على تنفيذ برنامج واحد فقط، ولكن في الخمسينات تم تطوير أنظمة التشغيل لتشمل العديد من البرامج التي تسمى المكتبات، والتي تم ربطها معًا لإنشاء الأنظمة الأولية. لنظام التشغيل العديد من المكونات والميزات التي تختلف من نظام لآخر، إلا أن أغلبها يحتوي على المكونات التالية:
- نواة النظام (Kernel): توفر التحكم الأساسي في جميع المكونات المادية للحاسوب، وتشمل مهامه الرئيسية قراءة وكتابة البيانات من وإلى الذاكرة، وتنفيذ الأوامر، وتحديد كيفية استقبال البيانات وإرسالها بواسطة الأجهزة مثل الشاشة ولوحة المفاتيح والفأرة، وتحديد كيفية تفسير البيانات المستلمة من الشبكات.
- واجهة المستخدم (User Interface): تسمح بالتفاعل مع المستخدم من خلال الأيقونات الموجودة على سطح المكتب، أو من خلال سطر الأوامر.
- واجهة برمجة التطبيقات (API): تسمح لمطوري التطبيقات بكتابة الأكواد البرمجية على شكل وحدات.
مهام وخدمات نظم التشغيل
تتعدد وظائف وخدمات نظم التشغيل، ومن أهمها:
- إدارة المكونات المادية (Hardware) لجهاز الحاسوب، مثل وحدات الإدخال (لوحة المفاتيح والفأرة)، وحدات الإخراج (شاشة العرض والطابعة والماسح الضوئي)، وأجهزة الشبكة (أجهزة المودم وأجهزة الراوتر واتصالات الشبكة)، وأجهزة التخزين (محركات الأقراص الداخلية والخارجية)، إضافة إلى خدمات إدارة الذاكرة وتسهيل التنفيذ الفعال للبرامج المثبتة.
- تحديد الأدوار وترتيب ومدة التطبيقات التي يجب تشغيلها، لتشغيل العديد من البرامج في نفس الوقت في أنظمة التشغيل متعددة المهام.
- إرسال رسائل إلى كل تطبيق، أو مستخدم تفاعلي، أو مشغل نظام، حول حالة التشغيل وأي أخطاء قد حدثت خلال العملية.
- إلغاء المهام الموجودة في ملف الباتش مثل أوامر الطباعة، حيث تُلغى حتى وإن تم تجهيزها للتنفيذ.
- توفير معالجة متوازية، حيث يتم تشغيل البرنامج على أكثر من معالج واحد في نفس الوقت.
أصناف نظم التشغيل
تصنف نظم التشغيل إلى عدة أنواع، وهي:
- متعددة المستخدمين (Multi-user): تسمح لعدة مستخدمين بتشغيل البرامج في نفس الوقت، وقد يصل عدد المستخدمين المتزامنين إلى المئات أو الآلاف.
- متعددة المعالجة (Multiprocessing): تدعم وتستخدم وتشغل البرامج على أكثر من معالج.
- متعددة المهام (Multitasking): تسمح بتشغيل أكثر من برنامج أو تطبيق في نفس الوقت.
- متعددة العمليات (Multithreading): تسمح لأجزاء مختلفة من أحد البرامج أن تعمل بشكل متزامن في نفس الوقت.
- ذات الوقت اللحظي (Real time): تستجيب للمدخلات بسرعة لحظة إدخالها.
التباين بين النظم الاعتيادية والمتنقلة
تعتبر أنظمة تشغيل الحاسوب التقليدية أكثر شيوعًا لدى المستخدمين بسبب تواجدها منذ فترة طويلة، وقد تم تحسينها والبناء عليها وتطويرها خلال العقود الماضية. خلال هذا الوقت، هيمنت بعض تصميمات هذه الأنظمة على السوق مثل نظام ويندوز من شركة مايكروسوفت ونظام ماك من شركة أبل، إضافة إلى بعض أنظمة التشغيل مفتوحة المصدر المصممة لأجهزة الحاسوب التقليدية مثل نظام لينكس ونظام فري بي أس دي ونظام جنو.
لم تكن أنظمة تشغيل الحاسوب مصممة للاستخدام مع الشبكات اللاسلكية، بل تم تطويرها كجزء فيزيائي من نظام سلكي، حيث ركز المطورون والمهندسون على الكثير من التفاصيل الفنية مثل بروتوكولات التمهيد ومعالجة العمليات المتعددة وعملية وحدة المعالجة المركزية.
أما بالنسبة لأنظمة التشغيل المتنقلة فهي مفهوم أحدث مبني على أنظمة تشغيل الحاسوب، ويميل مطوروها إلى أخذ العناصر التقليدية لنظام تشغيل الحاسوب كقاعدة أساسية للنظام الجديد، ثم التركيز على حل المشكلات الجديدة للنظام، مثل التصميم المتجاوب والوصول الثابت إلى الشبكة وعناصر أخرى، وذلك لتوفير تطبيقات برامج يمكن استخدامها عبر بيئات لاسلكية متنوعة.
نظم التشغيل الاعتيادية
من أكثر الأمثلة شيوعًا وشعبية لأنظمة التشغيل التقليدية أنظمة تشغيل أجهزة الحاسوب المنتشرة بين المستخدمين، ومنها:
- ويندوز: وهو أكثر نظام مهيمن على عالم أنظمة التشغيل تنتجه شركة مايكروسوفت لتشغيل أجهزة الحاسوب، ويوفر ميزات منها تعدد المهام وإدارة الذاكرة وواجهة مستخدم رسومية ودعم الأجهزة الطرفية.
- ماك/ ماكنتوش: وهو نظام تشغيل تنتجه شركة أبل يتميز بواجهة مستخدم رسومية تستخدم النوافذ والأيقونات.
- لينكس: وهو نظام تشغيل تم تطويره من قِبَل لينوس تورفالدس مُستندًا إلى نظام تشغيل يونكس، ويعد لينكس نظامًا مفتوح المصدر يعمل على عدد من الأجهزة.
نظم التشغيل المتنقلة
يعد نظام التشغيل المتنقل نظامًا أساسيًا لتشغيل البرامج على أجهزة محمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وغيرها، وهو مسؤول عن تحديد الوظائف والميزات المتوفرة على الجهاز، والمزامنة مع التطبيقات أو البريد الإلكتروني أو الرسائل النصية وغيرها، إضافة إلى تحديد التطبيقات المحمولة التي يمكن تشغيلها على جهاز المستخدم، ومن أشهر الأمثلة عليها:
- نظام تشغيل أندرويد (Android): وهو نظام مفتوح المصدر تنتجه شركة جوجل بشكل مجاني للمستخدمين، يشمل نظام تشغيل وبرامج وسيطة وتطبيقات رئيسية للأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية، وتمت تسمية إصدارات هذا النظام بأسماء مستوحاة من الحلوى.
- نظام تشغيل بادا (Bada): وهو نظام مغلق المصدر يوفر ميزات عديدة مثل عرض الرسومات ثلاثية الأبعاد، إضافة إلى القدرة على تنزيل التطبيقات وتثبيتها، أطلقته شركة سامسونج عام 2010 كنظام تشغيل لهاتفها الذكي سامسونج ويف.
- نظام تشغيل بلاك بيري (BlackBerry): وهو نظام طورته شركة ري سيرتش إن موشن لتشغيل أجهزة بلاك بيري المحمولة، التي توفر للمستخدمين المزامنة بواسطة خادمها مع العديد من الخوادم الأخرى مثل خادم مايكروسوفت إكس تشينج وخادم لوتس دومينو.
- نظام تشغيل أيفون (iOS): وهو نظام خاص لتشغيل الأجهزة المصنعة بواسطة شركة أبل فقط، مثل الأيفون والأيباد والأيبود، وهو مشتق من نظام أبل ماك لأجهزة الحاسوب.
- نظام تشغيل مي جو (MeeGo): هو نظام تشغيل مصمم للعمل على عدد من الأجهزة المختلفة مثل الهواتف الذكية وأجهزة الحاسوب المحمولة والأجهزة اللوحية ونظم المعلومات داخل السيارة وغيرها، الناتج من دمج نظامين هما نظام ميمو من شركة نوكيا ونظام موب لين من شركة إنتل.
- نظام تشغيل بالم (Palm): هو نظام تم إصداره عام 1996 لتشغيل جهاز بايلوت 1000 المحمول، وقدمت الإصدارات الحديثة منه ميزات جديدة لدعم المعالجات الجديدة وبطاقات الذاكرة الخارجية وحسنت خواص الأمان، إضافة إلى تحسين دقة الشاشة والاتصالات اللاسلكية وقدرات الوسائط المتعددة.
